TWI559681B - 石英震盪器環壁結構之製造方法及製備而得之石英震盪器環壁結構 - Google Patents

Description

石英震盪器環壁結構之製造方法及製備而得之石英震盪器環壁結構

本發明係關於一種石英震盪器之製造方法，特別係一種石英震盪器環壁結構之製造方法，及製備而得之石英震盪器環壁結構。

震盪器是一種利用壓電材料及電路產生震盪的被動元件，壓電材料中，又以石英最為穩定，且石英具有能夠提供廣泛頻率的特性，故，目前市面上的震盪器多以石英震盪器為大宗，石英震盪器被普遍應用於數位電視、數位相機、行動電話及數據機等消費性電子商品，具有極大的消費市場。石英震盪器係包含一震盪子及一環壁結構，由於震盪子容易受到外界的氣體、微粒及水氣干擾而產生震盪頻率的變化，因此，對該震盪子提供保護作用的環壁結構之氣密性對於石英震盪器的運作至關重要。

請參照第1圖所示，此為習用石英震盪器環壁結構9，該習用石英震盪器環壁結構9係包含一陶瓷基座91、一銀銅層92、一可伐製環周壁93，可伐(kovar)的材質即為鐵鎳鈷合金，該陶瓷基座91藉由該銀銅層92與該可伐環周壁93相結合，該陶瓷基座91及該可伐製環周壁93共同圍設形成一容置空間94。當將該震盪子(圖未示)放置於該習用石英震盪器環壁結構9之容置空間94後，可另將一上蓋蓋設於該可伐環周壁93之上方，以封閉該容置空間94。

由於該習用石英震盪器環壁結構9之該容置空間94必須具 有一定的氣密性，故在製造該習用石英震盪器環壁結構9的過程中，係必要在真空、氮氣或還原氣氛的環境下進行製備，詳言之，製造該習用石英震盪器環壁結構9之方法為：備有一可伐薄片及一銀銅薄片，將該可伐薄片及該銀銅薄片加熱貼合以形成一金屬箔，接著，藉由模具沖壓該金屬箔，使該金屬箔劃分成小尺寸的數個方形環狀金屬箔，並且於該方形環狀金屬箔形成該銀銅層92及該可伐製環周壁93，續將該方形環狀金屬箔置於該陶瓷基座91上，且該方形環狀金屬箔以該銀銅層92貼接於該陶瓷基座91，最後，將該方形環狀金屬箔及該陶瓷基座91於還原氣氛下加熱至700~800℃，使該可伐製環周壁93藉由該銀銅層92結合於該陶瓷基座91，以獲得該習用石英震盪器環壁結構9。

然而，由於該可伐製環周壁93係以鐵、鈷及鎳依照固定比例混合所製成，不僅各個成分的比例必須經準掌控，且鐵、鈷及鎳須充分混合均勻，製造過程相當嚴謹精細，因此該可伐製環周壁93的價格高昂，使得利用該可伐製環周壁93所獲得之該習用石英震盪器環壁結構9的成本居高不下；另外，即使透過該銀銅層92以增加該陶瓷基座91及該可伐製環周壁93之間的接著力，期望能增進該容置空間94之氣密性，但是在實際使用時，仍會在該陶瓷基座91及該可伐製環周壁93之間發現裂縫，氣體由此裂縫進入該容置空間94，破壞了該習用石英震盪器環壁結構9的氣密性，故該陶瓷基座91及該可伐製環周壁93的密著性仍存在有改善的空間。

有鑑於此，有必要提供一種石英震盪器環壁結構之製造方法及製備而得之一種石英震盪器環壁結構，以解決該習用石英震盪器環壁結構9的成本高，以及該陶瓷基座91與該可伐製環周壁93的結合力不佳之問題。

本發明係提供一種石英震盪器環壁結構之製造方法，係可以降低製備該石英震盪器環壁結構之製造成本。

本發明係提供一種石英震盪器環壁結構之製造方法，係可以增加製得之該石英震盪器環壁結構之氣密性。

本發明係提供一種石英震盪器環壁結構，係可以提高該石英震盪器中的基板與圍壁之間的密著度，進而增進該石英震盪器環壁結構之氣密性。

本發明之一種石英震盪器環壁結構之製造方法，係包含：提供一陶瓷基板；提供一銅圍壁，該銅圍壁係具有相對之一第一表面及一第二表面；及將該銅圍壁之第一表面置於該陶瓷基板上，於真空、惰氣氣氛或還原氣氛下進行一燒結反應，直至該陶瓷基板及該銅圍壁間形成一氧化銅層及一共晶層，使該氧化銅層之相對兩面係分別結合於該銅圍壁及該共晶層，該共晶層之相對兩面係分別結合於該氧化銅層及該陶瓷基板，其中，該共晶層的材質為氧化鋁銅。

本發明之石英震盪器環壁結構之製造方法，其中，係將一銅膏印刷或點膠於該陶瓷基板之表面後，加熱使該銅膏固化以於該陶瓷基板上形成該銅圍壁。

本發明之石英震盪器環壁結構之製造方法，其中，該銅圍壁為一銅環，係對一銅箔進行沖壓成形、雷射成形或蝕刻成形，使該銅箔形成數個環狀銅箔，以獲得該銅環。

本發明之石英震盪器環壁結構之製造方法，其中，該燒結反應的溫度為900~1300℃。

本發明之石英震盪器環壁結構之製造方法，其中，該燒結反應的時間為0.5~4小時。

本發明之石英震盪器環壁結構之製造方法，其中，於將該銅 圍壁置於該陶瓷基板之表面前，係先對該銅圍壁之表面進行氧化反應。

本發明之石英震盪器環壁結構之製造方法，其中，另包含將一上蓋結合於該銅圍壁之第二表面，該上蓋之表面係藉由電鍍形成一金屬鎳層，且該銅圍壁藉由電鍍於該第二表面上依序結合有一鎳層、一鈀層及一金層，將一高溫滾輪滾壓位於該金層上方之該上蓋處，以結合該上蓋及該銅圍壁。

本發明之石英震盪器環壁結構，係包含：一陶瓷基板；一銅圍壁，該銅圍壁具有一第一表面及一第二表面；一氧化銅層，該氧化銅層係結合於該銅圍壁之第一表面；及一共晶層，該共晶層之相對兩面係分別結合於該氧化銅層及該陶瓷基板，該陶瓷基板、該銅圍壁、該氧化銅層及該共晶層係共同圍設形成一容置空間。

本發明之石英震盪器環壁結構，其中，另包含一上蓋，該上蓋係結合於該銅圍壁之第二表面，以封閉該容置空間。

本發明之石英震盪器環壁結構，該上蓋之表面係具有一金屬鎳層，該銅圍壁之第二表面上依序設有一鎳層、一鈀層及一金層，該上蓋以該鎳層與該銅圍壁之金層相結合。

本發明之石英震盪器環壁結構之製造方法，係使用價格便宜且易於取得的銅材質作為該銅圍壁並結合於該陶瓷基板上，係可以大幅減少原料開銷，達到降低該石英震盪器環壁結構之製造成本的功效。

本發明之石英震盪器環壁結構之製造方法，係將該銅圍壁及該陶瓷基板藉由該燒結反應，使該陶瓷基板及該銅圍壁之間形成該氧化銅層及該共晶層，該氧化銅層係相當緻密地附著於該銅圍壁之第一表面，且該共晶層與該陶瓷基板及該氧化銅層皆具有良好的鍵結力，以達到增加石英震盪器的密著度之功效。

本發明之石英震盪器環壁結構之製造方法，將該上蓋以金屬 滾焊的方式結合於該銅圍壁之第二表面，使該上蓋及該銅圍壁得以緊密結合，以達到避免外界氣體、灰塵或水氣影響石英震盪器之運作的功效。

本發明之石英震盪器環壁結構，係藉由該氧化銅層及該共晶層緊密結合該陶瓷基板及該銅圍壁，以達到提高石英震盪器的密著度之效果。

本發明之石英震盪器環壁結構，其中，本發明之銅圍壁係具有較高的導熱率，進而可以達到提升散熱效果之功效，並且降低溫度效應對於石英震盪器電性之影響。

本發明之石英震盪器環壁結構之製造方法，係將該銅環壁於900~1300℃之燒結溫度下，與該陶瓷基板相結合，故所獲得之該石英震盪器環壁結構可置於更高溫的環境下仍維持良好的氣密性，以達到提升該石英震盪器環壁結構的耐熱性之功效。

〔本發明〕

1‧‧‧陶瓷基板

2‧‧‧銅圍壁

21‧‧‧第一表面

22‧‧‧第二表面

221‧‧‧鎳層

222‧‧‧金層

223‧‧‧鈀層

3‧‧‧氧化銅層

4‧‧‧共晶層

5‧‧‧容置空間

6‧‧‧上蓋

61‧‧‧金屬鎳層

〔習知〕

9‧‧‧習用石英震盪器環壁結構

91‧‧‧陶瓷基座

92‧‧‧銀銅層

93‧‧‧可伐製環周壁

94‧‧‧容置空間

第1圖：係習知石英震盪器環壁結構之立體分解圖。

第2圖：係本發明石英震盪器環壁結構之製造方法之結合該銅圍壁及該陶瓷基板之示意圖。

第3圖：係本發明石英震盪器環壁結構之組合剖視圖。

第4圖：係本發明石英震盪器環壁結構之製造方法之結合該上蓋與該銅圍壁之示意圖。

第5圖：係本發明包含上蓋之石英震盪器環壁結構之組合剖視圖。

第6圖：係本發明石英震盪器環壁結構之掃描式電子顯微影像。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 本發明之石英震盪器環壁結構之製造方法係包含：提供一陶瓷基板；提供一銅圍壁；及將該銅圍壁置於該陶瓷基板表面並進行燒結反應，直至該陶瓷基板及該銅圍壁間形成一共晶層及一氧化層。

請參照第2圖所示，詳言之，該陶瓷基板1係用以製造石英震盪器之基板，該陶瓷基板1的材料可以為氧化鋁(Al₂O₃)或氮化鋁(AlN)或氧化鋯(ZrO₂)等，在此並不設限。並且，該陶瓷基板1尺寸約為30~200mm²。

該銅圍壁2係設有相對之一第一表面21及一第二表面22，該銅圍壁2的形成方式係可以透過一銅膏加熱固化或事先備有一銅環。詳而言之，係可以利用印刷或點膠的方式將該銅膏印刷或塗布於該陶瓷基板1之其一表面，使該陶瓷基板1之表面形成環形的銅膏，並於後續之該燒結反應中加熱直至該銅膏中的有機溶劑揮發，使該銅膏固化並直接於該陶瓷基板1上形成該銅圍壁2；另外，該銅圍壁2的形成方式也可以事先製備該銅環，然而，由於石英震盪器的體積小，所配合的該銅環的尺寸的寬度約為0.01~0.5mm，厚度僅約為50~300μm，欲製備尺寸小的銅環需藉由特定方法。

在本實施例中，該銅環係可以藉由對一銅箔沖壓成形、雷射成形或蝕刻成形的方式，使該銅箔形成數個環狀銅箔，以製備該銅環。舉例而言，於本實施例中，係備有一模具，藉由該模具以沖壓成型的方式形成一銅箔組，該銅箔組係包含數個環狀銅箔，並且該環狀銅箔兩兩之間係以一連接部互相結合，接著，將該銅箔組置放於未切割之陶瓷基板上，續以雷射光或鑽石刀等切割工具切斷該連接部，使該環狀銅箔彼此獨立，接著分割該未切割之陶瓷基板，以獲得準確對位於該陶瓷基板1之該銅環，然而，此僅為一種製備該銅環的方式，並不上述之方式為限制。

請續參照第2~3圖所示，係將該銅圍壁2以該第一表面21 放置於該陶瓷基板1上，接著，於真空、惰氣氣氛或還原氣氛下進行一燒結反應，直至該陶瓷基板1及該銅圍壁2間形成一氧化銅層3及一共晶層4，並藉由該氧化銅層3及該共晶層4結合該陶瓷基板1及該銅圍壁2。詳言之，於該燒結反應時，該銅圍壁2中的銅與該陶瓷基板1中所含的氧結合，以形成該氧化銅層3，並且，該氧化銅層3之氧化銅進一步與該陶瓷基板1反應產生該共晶層4，該共晶層4的材質為氧化鋁銅，如：CuAlO₂、CuAl₂O₄或CuAlO₂及CuAl₂O₄之組合。簡言之，當該銅圍壁2及該陶瓷基板1藉由該氧化銅層3及該共晶層4相結合時，該氧化銅層3之相對兩面係分別結合於該銅圍壁2之第一表面21及該共晶層4，並且，該共晶層4之相對兩面係結合於該氧化銅層3及該陶瓷基板1。另外，於將該銅圍壁2置於該陶瓷基板1之前，係可以選擇先對該銅圍壁2之表面進行氧化反應，使該銅圍壁2之第一表面21事先形成該氧化銅層3，以確保該石英震盪器環壁結構具有足夠厚度的該氧化銅層3，使該氧化銅層3與該陶瓷基板在該燒結反應下確實可以形成該共晶層4。

該燒結反應的溫度為500~1500℃，較佳為900~1300℃，該燒結反應的時間係以形成該氧化銅層3及該共晶層4為考量，在此係不限制，於本實施例中，該燒結反應的時間為0.5~4小時。當該陶瓷基板1與該銅圍壁2以該氧化銅層3及共晶層4互相結合後，該陶瓷基板1、該銅圍壁2、該氧化銅層3及該共晶層4係共同圍設形成一容置空間5，該容置空間5係用以置放一石英震盪子(圖未示)。該氧化銅層3係透過該銅圍壁2經表面氧化所產生，故該氧化銅層3係緊密地結合於該銅圍壁2之第一表面21，並且，雖藉由該燒結反應所形成的該共晶層4的厚度相當薄，大約數個至數百個Å，然而該共晶層4具有強烈鍵結該陶瓷基板1及該氧化銅層3的能力，使該陶瓷基板1及該銅圍壁2透過該氧化銅層3及該共晶層4達到良好的密著性。

請參照第4圖所示，本發明之石英震盪器環壁結構之製造方法另包含備有一上蓋6，及將該上蓋6結合於該銅圍壁2之第二表面22。在此值得一提的是，實際製造石英震盪器時，係在結合該銅圍壁2及該上蓋6前，先將該石英震盪子置入該容置空間5中，然而，本發明係為石英震盪器環壁結構的製造方法，故在此不對該石英震盪子置入該容置空間5的方法及相關細節多加贅述。該上蓋6與該銅圍壁2的結合可以是利用玻璃膠封裝、金屬滾焊封裝、金錫封裝或高分子封裝等方式，在此係不多做限制。由於金屬滾焊封裝可達到較高的密著度，因此，於本實施例中，該上蓋6係藉由金屬滾焊結合於該銅圍壁2。

詳而言之，本實施例中，在結合兩者之前，該上蓋6之表面係設有一金屬鎳層61，該金屬鎳層61係藉由電鍍而結合於該上蓋6之表面；另外，該銅圍壁2亦藉由電鍍於該第二表面22上依序結合有一鎳層221及一金層222，較佳地，為了減少該金層222的厚度，以節省製備該石英震盪器環壁結構之成本，另可在該鎳層221及該金層222之間設有一鈀層223，以該鈀層223的設置減少該金層222的厚度。接著，將結合有該銅圍壁2之該陶瓷基板1及該上蓋6置於真空度為10^-3~10^-7torr之環境中，以該金層222及該金屬鎳層61相對位，並備有一高溫滾輪，該高溫滾輪之溫度約1000℃，以該高溫滾輪滾壓位於該金層222上方之該上蓋6處，使該上蓋6與該銅圍壁2相結合。透過於結合該上蓋6及該銅圍壁2之前，預先設置有該金屬鎳層61、該鎳層221及該金層222，藉此增加該銅圍壁2及該上蓋6的結合密著性。

請再參照第3圖所示，利用該石英震盪器環壁結構之製造方法所製備而得之該石英震盪器環壁結構係包含：該陶瓷基板1、該銅圍壁2、該氧化銅層3及該共晶層4，於該陶瓷基板1上依序結合有該共晶層4、該氧化銅層3及該銅圍壁2，該陶瓷基板1、該銅圍壁2、該氧化銅層3及 該共晶層4係共同圍設形成該容置空間5。詳言之，該銅圍壁2具有該第一表面21及該第二表面22，該氧化銅層3係結合於該銅圍壁2之第一表面21，該共晶層4之相對兩面係分別結合於該氧化銅層3及該陶瓷基板1，且該共晶層4之材質為氧化鋁銅。

另請參照第5圖所示，該石英震盪器環壁結構另包含該上蓋6，該上蓋6係結合於該銅圍壁2之第二表面22，以封閉該容置空間5。詳言之，該上蓋6之表面係具有一金屬鎳層61，該銅圍壁2之第二表面22上依序設有該鎳層221及該金層222，並且較佳於該鎳層221及該金層222之間設有該鈀層223，該上蓋6以該金屬鎳層61與該銅圍壁2之金層222相結合，透過該鎳層221、該金層222、該鈀層223及該金屬鎳層61使該銅圍壁2與該上蓋6可以緊密結合。

為了證實利用本發明之石英震盪器環壁結構之製造方法確實能夠提高該陶瓷基板1及該銅圍壁2之結合緊密度，係將利用本發明之方法所製得之石英震盪器環壁結構進行掃描式電子顯微鏡分析，分析結果如第6圖所示。由第6圖可以明顯觀察到該銅圍壁2係緊密地結合於該陶瓷基板1，兩者之間幾乎觀察不到空隙，由此可證，藉由本發明之方法所製得之該石英震盪器環壁結構之氣密度可以提高。

綜上所述，本發明之石英震盪器環壁結構之製造方法，係使用該銅圍壁2間接結合於該陶瓷基板1上，由於銅的價格便宜穩定且取得容易，係可以大幅降低製被該石英震盪器環壁結構的製造成本；另外，製備該石英震盪器之環壁結構時，係將該銅圍壁2及該陶瓷基板1藉由該燒結反應，使該陶瓷基板1及該銅圍壁2之間形成該氧化銅層3及該共晶層4，該氧化銅層3係相當緊密地附著於該銅圍壁2之第一表面21，且該共晶層4與該陶瓷基板1及該氧化銅層3皆具有良好的鍵結力，藉此使該陶瓷基板1與該銅圍壁2相當緊密地結合，以達到增加石英震盪器的密著度 之功效；並且，本發明係包含將該上蓋6以金屬滾焊的方式結合於該銅圍壁2之第二表面22，使該上蓋6及該銅圍壁2得以緊密結合，以達到避免外界氣體、灰塵或水氣影響石英震盪器之運作的功效。

又，利用石英震盪器環壁結構之製造方法製備獲得之該石英震盪器環壁結構，係藉由該氧化銅層3及該共晶層4緊密結合該陶瓷基板1及該銅圍壁2，以達到提高石英震盪器的密著度之效果。

另外，相較於習用石英震盪器環壁結構使用可伐製環周壁，本發明之銅圍壁2係具有較高的導熱率，使本發明之石英震盪器環壁結構進而可以達到提升散熱效果之功效，並且避免該石英震盪器因受熱而改變震盪頻率，減少熱效應對石英震盪器之電性影響。

再者，由於該銅環壁2係於900~1300℃之燒結溫度下，與該陶瓷基板1相結合，相對於習用石英震盪器環壁結構之該方形環狀金屬箔與該陶瓷基座於700~800℃下結合，本發明所獲得之該石英震盪器環壁結構可以置於更高溫的環境下仍維持良好的氣密性，以達到提升該石英震盪器環壁結構的耐熱性之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧陶瓷基板

2‧‧‧銅圍壁

21‧‧‧第一表面

22‧‧‧第二表面

3‧‧‧氧化銅層

4‧‧‧共晶層

5‧‧‧容置空間

Claims (10)

1. 一種石英震盪器環壁結構之製造方法，係包含：提供一陶瓷基板；提供一銅圍壁，該銅圍壁係具有相對之一第一表面及一第二表面；及將該銅圍壁之第一表面置於該陶瓷基板上，於真空、惰氣氣氛或還原氣氛下進行一燒結反應，直至該陶瓷基板及該銅圍壁間形成一氧化銅層及一共晶層，使該氧化銅層之相對兩面係分別結合於該銅圍壁及該共晶層，該共晶層之相對兩面係分別結合於該氧化銅層及該陶瓷基板，其中，該共晶層的材質為氧化鋁銅。
2. 如申請專利範圍第1項所述之石英震盪器環壁結構之製造方法，其中，係將一銅膏印刷或點膠於該陶瓷基板之表面後，加熱使該銅膏固化以於該陶瓷基板上形成該銅圍壁。
3. 如申請專利範圍第1項所述之石英震盪器環壁結構之製造方法，其中，該銅圍壁為一銅環，係對一銅箔進行沖壓成形、雷射成形或蝕刻成形，使該銅箔形成數個環狀銅箔，以獲得該銅環。
4. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之石英震盪器環壁結構之製造方法，其中，該燒結反應的溫度為900~1300℃。
5. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之石英震盪器環壁結構之製造方法，其中，該燒結反應的時間為0.5~4小時。
6. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之石英震盪器環壁結構之製造方法，其中，於將該銅圍壁置於該陶瓷基板之表面前，係先對該銅圍壁之表面進行氧化反應。
7. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之石英震盪器環壁結構之製造方法，其中，另包含將一上蓋結合於該銅圍壁之第二表面，該上蓋之表面係藉由電鍍形成一金屬鎳層，且該銅圍壁藉由電鍍於該第二表面上 依序結合有一鎳層、一鈀層及一金層，將一高溫滾輪滾壓位於該金層上方之該上蓋處，以結合該上蓋及該銅圍壁。
8. 一種石英震盪器環壁結構，係包含：一陶瓷基板；一銅圍壁，該銅圍壁具有一第一表面及一第二表面；一氧化銅層，該氧化銅層係結合於該銅圍壁之第一表面；及一共晶層，該共晶層之相對兩面係分別結合於該氧化銅層及該陶瓷基板，該陶瓷基板、該銅圍壁、該氧化銅層及該共晶層係共同圍設形成一容置空間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之石英震盪器環壁結構，其中，另包含一上蓋，該上蓋係結合於該銅圍壁之第二表面，以封閉該容置空間。
10. 如申請專利範圍第9項所述之石英震盪器環壁結構，其中，該上蓋之表面係具有一金屬鎳層，該銅圍壁之第二表面上依序設有一鎳層、一鈀層及一金層，該上蓋以該鎳層與該銅圍壁之金層相結合。